走进后相对论时代（二十五）

    刘文旺

现代的物理学家或天体物理学家包括部分实验物理学家，对科学的探究存在较大的非科学性。一部分是人云亦云，不求甚解，混饭吃而已；另一部分测根本就不懂物理学是一门什么样的科学。天天泡在唯心主义的思想中不能自拔。根本就不知道物理学是一门研究客观世界的科学。尤其是把时间与空间的概念搞得一塌糊涂，什么时间存在裂缝，人可以穿越过去。从而回到过去，甚至能在自己的母亲出生之前就把自己的外祖母送到天堂。这简直是白痴思维，但这样的人往往有市场，真是奇了怪了。

在这方面，爱因斯坦则是一个唯物主义者。他研究科学是从物质的实在性出发。他对研究对象的客观性认识的非常清醒。他对恩格斯等的唯物主义思想非常认可。这是很难得的。

物理学中的物就是指客观存在的物质，理就是道理，是物质的运动规律。相当于国人所说的“道”。人和脱离客观世界的物质本性的观点都不叫物理学。这是值得我们深思的。

物质不灭定律，说的是物质的质量不灭；能量守恒定律，说的是物质的能量守恒。

虽然这两条伟大的定律相继被人们发现了，但是人们以为这是两个风马牛不相关的定律，各自说明了不同的自然规律。甚至有人以为，物质不灭定律是一条化学定律，能量守恒定律是一条物理定律，它们分属于不同的科学范畴。

爱因斯坦认为，物质的质量是惯性的量度，能量是运动的量度；能量与质量并不是彼此孤立的，而是互相联系的，不可分割的。物体质量的改变，会使能量发生相应的改变；而物体能量的改变，也会使质量发生相应的改变。

在狭义相对论中，爱因斯坦提出了著名的质能公式：E＝mc^2 （这里的E代表物体的能量，m代表物体的质量，c代表光的速度，即3×10^8m/s）。

爱因斯坦的理论，最初受到许多人的反对，就连当时一些著名物理学家也对这位年青人的论文表示怀疑。然而，随着科学的发展，大量的科学实验证明爱因斯坦的理论是正确的，爱因斯坦才一跃而成为世界著名的科学家，成为20世纪世界最伟大的科学家。

爱因斯坦的质能关系公式，正确地解释了各种原子核反应：就拿氦4来说，它的原子核是由2个质子和2个中子组成的。照理，氦4原子核的质量就等于2个质子和2个中子质量之和。实际上，这样的算术并不成立，氦核的质量比2个质子、2个中子质量之和少了0.0302原子质量单位！这是为什么呢？因为当2个氘[dao]核（每个氘核都含有1个质子、1个中子）聚合成1个氦4原子核时，释放出大量的原子能。生成1克氦4原子时，大约放出2.7×10^12焦耳的原子能。正因为这样，氦4原子核的质量减少了。

这个例子生动地说明：在2个氘原子核聚合成1个氦4原子核时，似乎质量并不守恒，也就是氦4原子核的质量并不等于2个氘核质量之和。然而，用质能关系公式计算，氦4原子核失去的质量，恰巧等于因反应时释放出原子能而减少的质量！

这样一来，爱因斯坦就从更新的高度，阐明了物质不灭定律和能量守恒定律的实质，指出了两条定律之间的密切关系，使人类对大自然的认识又深了一步。

光照射到某些物质上，引起物质的电性质发生变化。这类光致电变的现象被人们统称为光电效应。

光电效应分为光电子发射、光电导效应和光生伏特效应。前一种现象发生在物体表面，又称外光电效应。后两种现象发生在物体内部，称为内光电效应。

赫兹于1887年发现光电效应，爱因斯坦第一个成功的解释了光电效应。金属表面在光辐照作用下发射电子的效应，发射出来的电子叫做光电子。光波长小于某一临界值时方能发射电子，即极限波长，对应的光的频率叫做极限频率。临界值取决于金属材料，而发射电子的能量取决于光的波长而与光强度无关，这一点无法用光的波动性解释。还有一点与光的波动性相矛盾，即光电效应的瞬时性，按波动性理论，如果入射光较弱，照射的时间要长一些，金属中的电子才能积累住足够的能量，飞出金属表面。可事实是，只要光的频率高于金属的极限频率，光的亮度无论强弱，光子的产生都几乎是瞬时的，不超过十的负九次方秒。正确的解释是光必定是由与波长有关的严格规定的能量单位(即光子或光量子)所组成。

光电效应里，电子的射出方向不是完全定向的，只是大部分都垂直于金属表面射出，与光照方向无关 ,光是电磁波，但是光是高频震荡的正交电磁场，振幅很小，不会对电子射出方向产生影响。

1905年，爱因斯坦提出光子假设，成功解释了光电效应，因此获得1921年诺贝尔物理奖。

爱因斯坦曾经是量子力学的催生者之一，但是他不满意量子力学的后续发展，爱因斯坦始终认为“量子力学（以玻恩为首的哥本哈根诠释：“基本上，量子系统的描述是机率的。一个事件的机率是波函数的绝对值平方。”）不完备”，但苦于没有好的解说样板，也就有了著名的“上帝不掷骰子”的否定式呐喊！爱因斯坦到过世前都没有接受量子力学是一个完备的理论。爱因斯坦还有另一个名言：“月亮是否只在你看着他的时候才存在？”

当然，我们并不同意这里霍金的观点，就物理思维而言 ，他研究的是客观实在的物质，而不是虚无缥缈的东西。霍金在这里说，“上帝不仅掷骰子，而且他总是把骰子扔到我们看不到的地方！”那么我们不禁要问，上帝是怎样认识量子力学的。上帝是不存在的，那么我们物理学家就应该回答，那些物理信息如何确定，而不是寻找什么上帝当挡箭牌。

爱因斯坦在提出相对论的时候，曾将宇宙常数（为了解释物质密度不为零的静态宇宙的存在﹐

他在引力场方程中引进一个与度规张量成比例的项﹐用符号Λ 表示。该比例常数很小﹐在银河系尺度范围可忽略不计。只在宇宙尺度下﹐Λ 才可能有意义﹐所以叫作宇宙常数。即所谓的反引力的固定数值）代入他的方程。他认为，有一种反引力，能与引力平衡，促使宇宙有限而静态。当哈勃得意洋洋的在天文望远镜展示给爱因斯坦看时，爱因斯坦惭愧极了，他说：“这是我一生所犯下的最大错误。”宇宙是膨胀着的！哈勃等认为，反引力是不存在的，由于星系间的引力，促使膨胀速度越来越慢。

那么，爱因斯坦就完全错了吗？不。星系间有一种扭旋的力，促使宇宙不断膨胀，即暗能量。70亿年前，它们“战胜”了暗物质，成为宇宙的主宰。最新研究表明，按质量成份计算，暗物质和暗能量约占宇宙96%。看来，宇宙将不断加速膨胀，直至解体死亡。。宇宙常数虽存在，但反引力的值远超过引力。也难怪这位倔强的物理学家与波尔在量子力学的争论：“上帝是不掷骰子的！”

林德饶有风趣的说：“现在，我终于明白，为什么他（爱因斯坦）这么喜欢这个理论，多年后依然研究宇宙常数，宇宙常数依然是当今物理学最大的疑问之一。”

爱因斯坦对恩格斯的《自然辩证法》手稿阅读完毕后曾做出这样的评价：“爱德华•伯恩斯坦先生把恩格斯的一 部关于自然科学内容的手稿交给我，托付我发表意见，看这部手稿是否应该付印。我的意见如下：要是这部手稿出自一位并非作为一个历史人物而引人注意的作者， 那么我就不会建议把它付印，因为不论从当代物理学的观点来看，还是从物理学史方面来说，这部手稿的内容都没有特殊的趣味。可是，我可以这样设想：如果考虑到这部著作对于阐明恩格斯的思想的意义是一个有趣的文献，那是可以出版的。”

在1940年6月17日给胡克的信中，爱因斯坦说：“我坚信，要是恩格斯本人能够看到，在这样长久的时间之后，他的这个谨慎的尝试竟被认为具有如此巨大的重要性，他会觉得好笑。”

贡献物质不灭定律，说的是物质的质量不灭；能量守恒定律，说的是物质的能量守恒。

虽然这两条伟大的定律相继被人们发现了，但是人们以为这是两个风马牛不相关的定律，各自说明了不同的自然规律。甚至有人以为，物质不灭定律是一条化学定律，能量守恒定律是一条物理定律，它们分属于不同的科学范畴。

爱因斯坦认为，物质的质量是惯性的量度，能量是运动的量度；能量与质量并不是彼此孤立的，而是互相联系的，不可分割的。物体质量的改变，会使能量发生相应的改变；而物体能量的改变，也会使质量发生相应的改变。

在狭义相对论中，爱因斯坦提出了著名的质能公式：E＝mc²（这里的E代表物体的能量，m代表物体的质量，c代表光的速度，即每秒30万公里。）

按照爱因斯坦的理论，如果把1克温度为0的水，加热到100水吸收了100卡的热量，这时水的质量也相应增加了。按照质能关系公式计算，1克水的质量增加了0.00000000000465克。

爱因斯坦的理论，最初受到许多人的反对，就连当时一些著名物理学家也对这位年青人的论文表示怀疑。然而，随着科学的发展，大量的科学实验证明爱因斯坦的理论是正确的，爱因斯坦才一跃而成为世界著名的科学家，成为20世纪世界最伟大的科学家。

爱因斯坦的质能关系公式，正确地解释了各种原子核反应：就拿氦4来说，它的原子核是由2个质子和2个中子组成的。照理，氦4原子核的质量就等于2个质子和2个中子质量之和。实际上，这样的算术并不成立，氦核的质量比2个质子、2个中子质量之和少了0.0302原子质量单位！这是为什么呢？因为当2个氘核（每个氘核都含有1个质子、1个中子）聚合成1个氦4原子核时，释放出大量的原子能。生成1克氦4原子时，大约放出2700000000000焦耳的原子能。正因为这样，氦4原子核的质量减少了。

这个例子生动地说明：在2个氘原子核聚合成1个氦4原子核时，似乎质量并不守恒，也就是氦4原子核的质量并不等于2个氘核质量之和。然而，用质能关系公式计算，氦4原子核失去的质量，恰巧等于因反应时释放出原子能而减少的质量！

这样一来，爱因斯坦就从更新的高度，阐明了物质不灭定律和能量守恒定律的实质，指出了两条定律之间的密切关系，使人类对大自然的认识又深了一步。

（未完待续）